calle_jr Posted August 4 Share Posted August 4 När nålen vibrerar skickar den rörelseenergi genom pickuphuset till tonarmen som fortplantar sig till lagret i tonarmsbasen. Ju lägre komplians, desto mer rörelseenergi. En perfekt lösning vore om pickupen satt fast på en helt stum, rigid konstruktion, vilket inte är möjligt eftersom nålen ska följa ett radiellt graverat spår. En tonarm kommer alltid att vibrera pga reaktionskrafterna som uppstår av rörelseenergin. Dessa sekundära vibrationer adderas till de primära vibrationer som nål, spole och magneter alstrar. En bra utformad tonarm minimerar dessa sekundära vibrationer, utan att påverka de primära. De vitala parametrarna hos en tonarm är geometri, styvhet, effektiv massa, lagring, (anti)skating och dämpning. Dessa parametrar måste beaktas i konstruktionens armrör, motvikt, lager och övriga konstruktionsdetaljer. Det här avsnittet kommer att presentera några olika metoder att lagra en tonarm av pivottype. Tonarmsgeometri behandlas i ett annat kapitel. Tonarmen har en svår och delikat uppgift vid avspelning. Den ska ge pickupen optimala arbetsbetingelser i alla lägen oavsett om det är en ojämn eller ocentrerad skiva på tallriken. I varje litet ögonblick ska pickupen vara lika fast förankrad i rymden som om den satt fastsvetsad, det är ju bara nålen som ska röra sig i förhållande till pickuphuset och om pickupen följer med nålrörelsen aldrig så lite kommer det att bli en minskad nålrörelse och en förlorad signal. Nedre bilden visar vad som händer om tonarmen inte "håller i" pickupen ordentligt, pickuphuset rör sig och utsignalen minskar. Tittar vi på lite längre tid (fortfarande delar av sekunder) måste tonarmen gå så lätt att den följer med vid buckliga och ocentrerade skivor utan att påverka nålrörelsen. Här är några vanliga anledningar till att vi får det här beskrivna problemet. Glappande tonarmslager. Instabilt eller vekt tonarmsrör. Missanpassning mellan pickup och tonarm. Vi återkommer i senare avsnitt till hur parametrarna anpassas, men här kommer först en beskrivning av de vitala delkomponenterna i en tonarm. TONARMSLAGRING Att lagra en tonarm så att den varken glappar eller går trögt (friktion) är ett problem som har hållit ingenjörerna sömnlösa i många år. Emellanåt kommer det fram tonarmar med nytänkande lösningar, en del är så bra att de har stannat kvar, men andra så kallade banbrytande innovationer håller inte måttet och glöms snabbt bort. Pivotlagring I begynnelsen var det uteslutande glidlagrade tonarmar. Vertikallagringen är ofta arrangerad som tonarmsrörets infästning i själva stommen och stommen i sin tur horisontallagras i foten. En förhållandevis enkel lösning som har visat sig fungera hyfsat bra, majoriteten av våra tonarmar bygger mer eller mindre på den principen fortfarande. Den här upphängningen är givetvis inte perfekt och det är lagringen som är det största problemet. Den får inte glappa och den får inte tröga. På de enklare tonarmarna har man glidlagrat både vertikal- och horisontalupphängningen (till vänster på bilden nedan). I sin enklaste form är lagerytorna gjorda i mässing/brons och spetsarna/axeln i stål, men på de mer påkostade armarna har man gjort vertikallagringen med t.ex. rubin. Några olika sätt att lagra en tonarm Nästa steg i utvecklingen innebar att man ersatte glidlagren med kullager (till höger i bilden ovan). De är mer långtidsstabila eftersom det inte är något slitage att tala om, men problemet med att lagringen varken får glappa eller tröga finns kvar. Spänner man ett kullager så att det inte glappar, så trögar det oftast. Avvägningen är hårfin och närmast omöjligt att realisera i praktiken. Det behövs inte många tusendels millimeter glapp för att pickupen ska röra sig på fel sätt vid avspelning och det behövs inte mycket lagerfriktion för att pickupens inre geometri ska påverkas negativt vid buckliga och ocentrerade skivor. Ett alternativ till ovanstående princip är den så kallade "gimbal-lagrade" armen, på svenska brukar det kallas för kompassupphängning utifrån en annan vanlig tillämpning. Den stora skillnaden mot föregående exempel är att horisontallagringen inte finns i foten. Bild på "Gimballagrad" tonarm Vitsen med gimballager är väl att alla ledrörelser sker på i princip samma ställe. Ett potentiellt glapp bör då vara mindre känsligt. Det är väl också enklare att få samma effektiva massa vertikalt och horisontellt. Hilius Aurum. Källa:http://www.retrotech...lius-aurum.html Vi tar med en riktig juvel också. Thales Simplicity Källa:eliot Knivlagring För att slippa problemet med glappande och svårjusterade vertikallager utvecklade man knivlagringen. Tonarm med vertikallager av kniv-typ. SME har knivlagring på flera av sina armar. Ett kollage av bilder på SME's lösning (SME 3009 Series II). Bilden till vänster visar SME's säte (saddle block), i mitten själva kniven som sitter på armen och till höger ser vi hur kniven ligger på plats i sätet. Det finns fler tillverkare som använder den här tekniken, men lösningen kan se lite annorlunda ut. Här är en annan knivlagrad goding, en SAEC 3008 Bild och beskrivning av en SAEC 3008 Nu är det inte så väl att knivlagringen är helt utan problem heller. Slitaget på knivarnas egg gör att dessa måste bytas ut emellanåt, det är ingen stor kostnad eller komplicerad operation, men det ska göras. En utveckling från knivlagringen är 2-spetslagringen. Den bygger på samma princip som knivlagret, men med ett annorlunda utförande. Principen för en 2-punkts (vertikal) lagrad tonarm. Det är inte så många tillverkare som använder den här tekniken i dagsläget, Kuzma med sin 4-point arm är den som i nuläget är mest omtalad. Detaljbilder från Kuzma 4-point's vertikallagring. Kuzma har gått ett steg längre och även gjort horisontallagringen med 2 spetsar. Därav namnet 4-point, 2 spetsar till vertikal- och 2 till horisontallagret. Genomskärning av Kuzma 4Point som visar ett 2-punkts horisontallager mot mittpinnen samt ett av de två sätena som bildar 2-punkts vertikallager för armröret. Mindre glapp och mindre friktion än så här är nog svårt att få till. Principen med 4Point är väldigt snarlik ett gimballager. Båda har ju fyra lagerpunkter för att leda armen för horisontal- resp vertikalrörelse. Å andra sidan är 4Point på ett sätt mer en slags stabiliserad unipivot. Utgångsläget är en unipivot som stabiliserats först i en punkt så att unipivotlagret endast kan rotera i horisontalplanet. Därefter hakas armen på i 2 punkter som endast tillåter armen röra sig vertikalt i en riktning. Slutresultatet ger exakt samma funktion som ett gimballager. Finns det några (objektiva) fördelar med 4Points konstruktion jämfört med gimballager? Det enda jag kan se är att det går att göra en sådan lösning mycket robustare än ett gimballager, vilket förvisso är hela vitsen... Unipivot Uni (en) pivot (vridningspunkt) är teoretiskt sett en genial lösning, den är enkel att tillverka och fri från både lagerglapp och friktion. Det finns många olika praktiska lösningar med magneter, oljebad, trådar, mm för att försöka få armen att "hålla balansen". Vi visar bara på grundprincipen och hoppar över alla alternativa lösningar. Principen för UniPivot-armens uppbyggnad. Detaljstudie på en Unipivot från VPI. källa: forums.stevehoffman.tv Grundkravet är att den stora massan finns under lagringspunkten, men problemet är att armens vridning, azimuth, inte är fast (stabil) som på andra armlösningar. Alternativa metoder för att justera azimuth. Azimuthjusteringen brukar antingen göras genom att man vrider en excentrisk motvikt åt ena eller andra hållet (bilden till vänster), eller att man har utrustat armen med "balansvikter" som man kan justera med kortare eller längre avstånd från centrum (bilden till höger). Det finns givetvis andra varianter också. Punktering? Nej, så här kan det se ut innan balansering. Källa: forums.stevehoffman.tv Det går tveklöst att få dessa "vingelpellar" att fungera väldigt bra, men det kräver ofta ett annat handhavande vid justering av azimuth än vanligt. Man kan normalt justera azimuth med hjälp av testskiva och oscilloskop, men det har visat sig vara betydligt svårare på unipivot-armar. Det är inte ovanligt att man vid tio mätningar efter varandra får helt olika resultat varje gång, vilket ger en bild över utmaningen att få till inställningen korrekt. Samtidigt är hög precision av azimuth mycket viktig för korrekt spårning, inte minst med de moderna slipningar vi presenterat i avsnitt 3. Tillverkaren av tonarmen har förhoppningsvis bifogat en instruktion på hur man ska gå tillväga med azimuth-justeringen på den aktuella armen. Följ den! Några lite mer udda varianter. Likhnitskys Korvet Källa: goodsoundclub.com Well Tempered - Simplex Källa: audiogon.com Unipivotkonstruktionen vidareutvecklad med en golfboll som flyter i olja The "Bajulaz" tonearm på en TD-124 Källa: vinylengine.com TONARMSRÖR Det finns en hel arsenal olika konstruktionsprinciper för tonarmsrör; raka, J-formade, S-formade, jämntjocka rör, koniska rör, enkla rör, dubbla rör, fackverkskonstruktioner, rör i titan, mässing, rostfritt, trä, kolfiber mm. Den uppenbart viktigaste funktionen för röret är att ge pickupen bästa förhållanden under gång. Så, vad är bästa förhållanden? Kraftigt överdriven figur för att visa rörelser som måste minimeras i en tonarm. Glapp i lagerpunkterna beskrivs ovan, och den andra känsliga faktorn är böjning och vridning i tonarmsröret. På en del armar kan det även förekomma glapp i tonarmsröret, exvis i fogen mellan pickupskal och tonarmsrör. Tonarmsröret ska via pickuphuset och -skalet absorbera vibrationer från pickupen på ett sätt som inte ger respons tillbaka till pickupen. "Utklingningen" får bara finnas i tonarmen. Och det ska absolut inte komma i resonans inom audiofrekvenser. Detta gör man genom att göra tonarmsröret styvt mot böjning och vridning. Den effektivaste formen är normalt sett ett rör. Eftersom böjning och vridning kommer bli störst närmast tonarmsbasen så är det mest effektivt att göra ett koniskt rör. Nu är det extremt små krafter det handlar om, men pickupen är ju (om den är bra) också ett extremt finkänsligt instrument. Ett rakt tonarmsrör har tveklöst minst materialåtgång, vilket gör att man kan tillverka det styvare med bibehållen massa. En J- eller S-formad arm har en massa överskottsmaterial (dödvikt) som egentligen inte tillför något annat än just massa och vill man hålla nere den effektiva massan så måste man "snåla" på godstjockleken och därmed stabiliteten. Är J- och S-formad arm bara en design/marknadsförings-pryl eller finns det någon egentlig anledning till dessa former? Det enda som spelar roll för pickup/armgeometrin är avståndet mellan pivot och nålspets samt pickupens vinkel. Den är ju samma på alla tre armarna i bilden, det är bara armröret som har varit på olika långa resor. Drar vi en rak linje mellan pivotpunkten och nålspetsen ser vi att tonarmslagret borde bli asymmetriskt belastat med J- och S-form. Det är mycket mer vikt på högersidan än på den vänstra, det borde inte vara en fördel. Den rena böjningen (eller rättare sagt vibrationsmoder pga böjningsform) är ungefär samma för lika långa och lika styva armar. Med J- och S-formade rör tillkommer vridningsmoder. Ju mer massa som avviker från centrumlinjen (effektiv längd), desto större amplitud på vridningsvibrationer. En lite långsökt förklaring att välja annat än rak arm skulle kunna vara att man släcker ut vibrationer / stående vågor. Alltså en slags geometrisk passiv konstruktionsdämpare. En kraftig geometriändring gör ju att vibrationer reflekteras (helt eller delvis) i stället för att absorberas eller fortplantas, vilket inte alls är bra när reflektionen sker i pickupskalet. När man började att införa löstagbara pickupskal behövde man göra en "knyck" på röret för att skalets pickupmontage skulle vara rakt och att skalet skulle få plats. I brist på bättre förklaringar ligger det nära till hands att det är anledningen. MOTVIKTER De sista vitala komponenterna på en tonarm är motvikterna som fästs eller gängas på bakom lagret. Motvikternas funktion är att balansera tonarmen, och därefter att definiera nåltrycket. Motvikterna bör dels vara stabila och dels utformade så att man kan förändra mothållande moment i mycket små steg. Det blir enklare om motvikterna är indelade i större och mindre vikter. De stora vikterna används för grovanpassning till aktuell pickup, och de mindre för finjustering av decimalerna i nåltryck. På en del unipivotarmar används motvikterna även för justering av azimut. Vinkelfel minskar ju med längre radialarmar, men om armen blir för lång så kommer distorsion pga tröghet bli större än distorsion pga vinkelfel. En tonarm med pu har en tröghet mot rotation kring lagret, alltså ett motstånd mot förändring av rotation(shastighet). Trögheten verkar som en slags dämpning som skapar distorsion, och ju mer massa och ju längre tonarm desto större tröghet. Motvikterna har således även en funktion att med sin massa och placering minimera armens tröghet. Det var Leonhard Euler (såklart) som introducerade tröghetsmoment som ett sätt att beskriva denna egenskap. Han sa att tröghetsmomentet är beroende av hur kroppars massor är fördelade i förhållande till en rotationsaxel: http://www.euphonia-audioforum.se/calle_jr/Artiklar/Vinyl/pic-04-21.jpg För en tonarm med pickup blir systemets tröghetsmoment approximativt Med för tung pu/arm och/eller för lång arm finns risk för distorsion, och Ic bör därför vara mindre än 20 kgcm2. mpu = Pickupens vikt inkl monteringsskruvar [g] mef = Tonarmens effektiva massa [g] lef = Tonarmens effektiva längd [cm] För en Lyra Kleos på en Kuzma 4Point blir tröghetsmomentet Ic = (11 + 14/2) x 282 = 14 kgcm2, vilket är <20 dvs OK! En tonarmskonstruktör kan optimera genom att öka motvikternas massa och minska motviktsarmens längd. Han kan dock inte öka massan för mycket eftersom det ökar friktionskrafter i lagret. Kompromisser som vanligt... TONARMSVIBRATIONER Det diskuteras mycket om vilket material som är bäst till ett tonarmsrör, aluminium, kolfiber, trä,,, o.s.v. Olika material har olika beteenden och röret är bara en del av hela tonarmskonstruktionen. Bara för att tillverkare A har kommit fram till att kolfiber låter bäst på deras arm, betyder inte det att kolfiber låter bäst till alla armar. Hur kan olika material ge så skilda resultat? Det handlar (som vanligt) om vibrationer. Se på följande figur: När nålen rör sig i spåret uppstår vibrationer i pickuphuset (1). Dra ner volymen till noll när du spelar en skiva och lyssna vid pickupen. Ju högre det låter, desto mer vibrationer har du och det är just dessa vibrationer som man vill dämpa eller helst döda så långt det är möjligt. Vibrationerna går vidare från pickuphuset till tonarmen (2). Därifrån kan ett antal saker ske, och även kombinationer av dessa; Vibrationerna fortplantar sig till tonarmslagringen. Vibrationerna absorberas i tonarmen. Vibrationerna reflekteras i skarven mellan pickuphus och tonarm eller i tonarmslagret. Vibrationerna förstärks pga resonans. I tonarmslagringen (3) kan de fortplanta sig till plinten (eller subchassit) (4). Genom plinten går de vidare till tallrikslagret (5), via tallriken (6), upp genom mattan, till skivan (7) och tillbaka till nålen igen. Vibrationerna som kommer tillbaka till skivan blandar sig med de nya vibrationerna som pickupen just har plockat upp och ställer till med problem (tänk eko). Denna kedja av vibrationsrundgång försöker man bryta eller åtminstone dämpa så mycket som möjligt. Nålens rörelser orsakar inte bara vibrationer i pickuphuset utan även i skivan och de fortplantar sig på andra hållet (blå pilar). När dessa båda vibrationer (röda och blå pilar) interfererar med varandra kan det uppstå mystiska och klart hörbara fenomen. Den här typen av vibrationsåterkoppling ska helst brytas/dämpas så nära källan som möjligt. Kopplingen mellan pickup (1) och tonarm (2) är relativt stum och den kan vi inte göra så mycket åt. Materialvalet i tonarmsskalet kan förvisso påverka en del, men troligtvis inte göra några underverk. Mellan punkt 2 och 3 har vi en förhållandevis lång sträcka i form av ett rör. Här har vi stora möjligheter att dämpa vibrationer. Uppbyggnad och materialval hos tonarmsröret kan ha riktigt stor betydelse. Olika material leder ju vibrationer på olika sätt, om man kör med en slagborrmaskin i en betongvägg hörs det i hela huset, oavsett husets storlek, men i en träkåk fortplantas inte ljuden lika lätt. Här är vi tidigt i vibrationskedjan och vi kan därför också få en effektiv dämpning, och dessutom kan vi dämpa reflektioner och undvika resonans. Mellan punkt 3 och 4 har vi en hård koppling i form av tonarmslagringen. Här kan vi inte göra så mycket. Mellan 4 och 5 har vi också en lång sträcka. Plinten är utan tvekan en möjlig kandidat till framgångsrik vibrationsdämpning. Metoderna är många, man kan t.ex. välja "fötter" till plinten som leder ner vibrationerna till hyllan under och på så sätt bli av med en del av energin, man kan välja fötter som absorberar vibrationerna och man kan dämpa själva plintens förmåga att leda vibrationer med en genomtänkt konstruktion av ett ändamålsenligt material. Nu är plinten lite väl sent i kedjan för att göra maximal nytta, men det är absolut bättre än inget. Mellan 5 och 6 (tallrikslagret) är det oftast en helt stum koppling som är svår att vibrationsdämpa. Mellan 6 och 7 har vi tallrik och eventuellt en matta. Tallrikens utformning och dess materialval har stor påverkan, vissa tallrikar är nästan helt "döda" och leder inte vibrationer så bra, men andra ringer som kyrkklockor när man knackar på dem. Här finns många olika konstruktionsval t.ex. metall, plaster av olika slag, glas och olika laminat av bl.a. dessa material. Mattan som är sist i kedjan kan faktiskt göra ganska mycket, men om ni tittar på bilden ovan ser vi att den är först i kedjan för de störningar som uppstår i själva skivan och vill ner i tallriken (blå pilar). Vi misstänker att det är på det hållet som mattan har sin största förtjänst. Nåväl. Vid material- och/eller geometriändringar sker antingen transmission (fortplantning) enligt ovan, reflektion eller absorption. I en stång eller ett rör som är infäst i ett lager kommer reflekterade vibrationer att inverteras. Absorption av vibrationerna i ett armrör sker normalt genom konstruktionsdämpning, alltså hysteresis som minskar energinivån för varje vibrationscykel. Typ av pickup (komplians), armrörets tvärsnitt, material(-kombinationer) och längd avgör hur effektivt vibrationerna dämpas. Vid reflektion fortplantar sig vibrationerna till någon del på vägen och studsar därifrån tillbaka. Vid resonans förstärks vibrationer när de når armröret. Detta beror på en missanpassning mellan tonarm och pickup och är det värsta som kan hända då det totalt muddrar signalen. De flesta kombinationer av pickup+tonarm ger resonans, men så länge de ligger en bra bit under audiosignalen så kommer resonansfrekvensen inte att exciteras. Den ska dock inte vara så låg att tonarmen kommer i resonans pga ojämna skivor. Med den bästa anpassningen så absorberas (dämpas) vibrationerna av armröret. Pickupen Lyra Skala har en elastisk polymerkropp som dels absorberar vibrationer i sig, dels används den som mothåll eftersom nålarmen är infäst i ett metallskelett som får direktkontakt med tonarmen. Vid monteringen dras skruvarna med förspänning så att polymermaterialet pressar metallskelettet mot pickupskalet. Det gör att man får en oerhört stum koppling, och mekaniska vibrationer transporteras direkt upp i armen. Här syns metallskelettet som får ett mycket högt tryck mot pickupskalet när skruvarna dras åt. En del uppskattar en viss inblandning av dessa "små" vibrationer och gör valet av tonarm, matta, tallrik, plint/upphängning och underlag för att berika ljudet med dessa "kryddor". Blir man av med alla vibrationer i vinylavspelningen kan man kanske uppleva en saknad av just det som för många är själen i vinylljudet. TANGENTIALARMAR En beskrivning av tangentialarmar sitter långt inne. Ingen av oss som skrivit detta har den rätta erfarenheten. Visst, vi har känt, klämt och lyssnat på både bra och dåliga konstruktioner. Men ingen av oss har ägt en tangentialarm, och har ingen hands-on praktisk erfarenhet av dem. Den stora fördelen med tangentialarmar är såklart att nålen teoretiskt kan spåra linjärt, alltså på samma sätt som graveringen är utförd. En radialarm med normallängd har som vi sett ett varierande vinkelfel kring max 2 grader hur väl den än konstrueras - det är en geometrisk förutsättning. En tangentialarm har teoretiskt sett samma vinkelfel hela tiden, och med perfekt inställning kan det vinkelfelet bli noll. I praktiken spelar dock en rad andra faktorer in om vi pratar om perfekt avläsning. När tonarmen rör sig måste den ge minimal friktion och den får inte vibrera i armrör och lager. Dessa krav är som vi sett inte helt enkla att uppfylla med en radialarm och speciellt under dynamiska förhållanden. Det är än mindre enkelt med en tangentialarm. Det finns servostyrda tangentialarmar som driver och korrigerar armrörets framdrift. Det framstår för oss som osannolikt att man kan få en robust och korrekt lösning med den tekniken. Det enda som driver fram en mekanisk tangentialtonarm är skatingkraften mellan nål och LP. För att åstadkomma minimal friktion måste det finnas ett spel i armrörets lager. Detta spel ger dels upphov till vibrationer, dels ger det vinkelfel i avläsningen. Exempel på servostyrd tangentialarm, Rabco SL-8E. Bild: springair.dde Den svensktillverkade Airtangent Model 2002. Bild: dnaudio.com Simply Black Cantus, som är en vidareutveckling av Bo Hanssons klassiska modell från Opus 3. Bild: veteranhifi.se För att minimera friktion och spel i lager är den vanligaste lösningen någon form av luftlagring. Detta verkar perfekt under statiska förhållanden. Under dynamiska förhållanden kommer dock luftlagringen att fungera som ett fjädrande lager, och ge rörelser åt alla möjliga håll. Luftlagret måste således vara mycket tunt, i storleksordningen 10µm. För att skapa lufttrycket behövs tryckluft . Det vanligaste är en tystgående kompressor, en regulator och en ventil som ger några bars tryck och ett lågt flöde (<1 l/min). Luften som trycks in i lagret måste vara ren, torr och helt fri från partiklar, så luftlagrade armar är försedda med luftrenare och filter. Principfigur för lager i luftlagrad tangentialarm En luftlagrad tangentialarm kräver en rad genomtänkta lösningar, men löser man dem på ett snyggt sätt så undviker man flera av nackdelarna med en radialarm. Engelsmannen Simon Yorke har jämfört traditionella radialarmar (9 resp 12") med sin Aeroarm. Den är mycket kort vilket ger låg effektiv massa och mindre som kan svänga och påverka lagret. Pga den korta längden ger den dock större "VTA-variationer", både pga olika skivtjocklekar och pga buckliga skivor: Simon Yorkes luftlagrade Aeroarm Regulatorn till SYD Aeroarm som ger 1.5 bars arbetstryck och ett flöde av ca 0.5 l/min. Fransmannen Pierre Clément har utvecklat många sinnrika konstruktioner inom vinylavläsning. Här har vi en variant på tangentialarm från 1968 som använder en fotocell för att styra framdriften. Så fort armen avviker från 90 graders position så kommer lampan skärmas vilken ger motorn ström som driver en skruv så att ekipaget drivs mot mitten. Pierre Cléments patentlösning från 1968. Bild: soundfountain.com En stor fördel med tangentialtonarmar är att man inte har något som motverkar skating. Det gör att man naturligt får samma tryck på nålens höger och vänster kanal vilket bibehåller kanalbalansen och ger ett stabilt soundstage. Summa summarum: om man får en luftlagrad tonarm friktionsfri och robust, med hög styvhet och låg effektiv massa i armröret, så får man en konstruktion som dynamiskt har goda förutsättningar att ge perfekt avläsning. Link to comment Share on other sites More sharing options...
Recommended Posts